ტალღის ელექტროსადგური: მუშაობის პრინციპი

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ოკეანეების წყლები მალავს უამრავ სიმდიდრეს, რომელთაგან მთავარი, ალბათ, ენერგიის შეუზღუდავი წყაროა ზღვის ტალღების სახით. პირველად, ნაპირზე მოძრავი ლილვების კინეტიკური ენერგიის გამოყენებაზე მე-18 საუკუნეში იყო გააზრებული პარიზში, სადაც წარმოდგენილი იყო ტალღის წისქვილის პირველი პატენტი. ახლა ტექნოლოგიამ წინ წაიწია და მეცნიერთა ერთობლივი ძალისხმევით შეიქმნა პირველი კომერციული ტალღის ელექტროსადგური, რომელმაც ფუნქციონირება 2008 წელს დაიწყო.

რატომ არის ეს მომგებიანი?

არავის საიდუმლო არ არის, რომ ბუნებრივი რესურსები ამოწურვის პირასაა. ქვანახშირის, ნავთობისა და გაზის მარაგი - ენერგიის ძირითადი წყაროები - დასასრულს უახლოვდება. მეცნიერთა ყველაზე ოპტიმისტური პროგნოზით, რეზერვები საკმარისი იქნება 150-300 წლის სიცოცხლისთვის. ბირთვულმა ენერგიამ ასევე ვერ გაამართლა მოლოდინი. მაღალი სიმძლავრე და პროდუქტიულობა ანაზღაურებს მშენებლობის, ექსპლუატაციის ხარჯებს, მაგრამ ნარჩენების განთავსებისა და გარემოს დაზიანების პრობლემები მალე აიძულებს მათ მიტოვებას. ამ მიზეზების გამო, მეცნიერები ეძებენ ენერგიის ახალ ალტერნატიულ წყაროებს. ახლა უკვემუშაობს ქარი და მზის ელექტროსადგურები. მაგრამ ყველა მათი უპირატესობის მიუხედავად, მათ აქვთ მნიშვნელოვანი ნაკლი - დაბალი ეფექტურობა. შეუძლებელი იქნება მთელი მოსახლეობის მოთხოვნილებების დაკმაყოფილება. ამიტომ საჭიროა ახალი გადაწყვეტილებები.

ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის ტალღის ელექტროსადგური იყენებს ტალღების კინეტიკურ ენერგიას. ყველაზე კონსერვატიული შეფასებით, ეს პოტენციალი შეფასებულია 2 მილიონ მეგავატზე, რაც შედარებულია 1000 ატომურ ელექტროსადგურთან, რომელიც მუშაობს სრული სიმძლავრით და დაახლოებით 75 კვტ/მ3 ტალღის ფრონტის მეტრზე. გარემოზე აბსოლუტურად არანაირი მავნე ზემოქმედება არ არსებობს.

სამუშაოს ზოგადი სქემა

ტალღური ელექტროსადგურები არის მცურავი სტრუქტურები, რომლებსაც შეუძლიათ ტალღის მოძრაობის მექანიკური ენერგია ელექტრო ენერგიად გარდაქმნას და მომხმარებელს გადასცეს. ამავე დროს, ისინი ცდილობენ გამოიყენონ ორი წყარო:

1. კინეტიკური რეზერვები. საზღვაო ლილვები გადის დიდი დიამეტრის მილში და აბრუნებს პირებს, რომლებიც ძალას გადასცემენ ელექტრო გენერატორს. ასევე გამოიყენება პნევმატური პრინციპი - წყალი, რომელიც შეაღწევს სპეციალურ კამერაში, ანაცვლებს ჟანგბადს იქიდან, რომელიც გადამისამართებულია არხების სისტემაში და ატრიალებს ტურბინის პირებს.
2. მოძრავი ენერგია. ამ შემთხვევაში, ტალღის ელექტროსადგური მოქმედებს როგორც მცურავი. სივრცეში გადაადგილება ტალღის პროფილთან ერთად, აიძულებს ტურბინას ბრუნავს ბერკეტების რთული სისტემის მეშვეობით.

სხვადასხვა ქვეყანა იყენებს საკუთარ ტექნოლოგიას ტალღების მექანიკური მოძრაობის ელექტროენერგიად გადაქცევისთვის, მაგრამ ზოგადიმათ აქვთ იგივე მოქმედების სქემა.

ტალღური ელექტროსადგურების უარყოფითი მხარეები

ტალღური ელექტროსადგურების ფართოდ დანერგვის მთავარი დაბრკოლება მათი ღირებულებაა. კომპლექსური დიზაინისა და ზღვის წყლების ზედაპირზე კომპლექსური ინსტალაციის გამო, ასეთი დანადგარების ექსპლუატაციაში გაშვების ხარჯები უფრო მაღალია, ვიდრე ატომური ელექტროსადგურის ან თბოელექტროსადგურის მშენებლობისთვის.

გარდა ამისა, არის კიდევ მთელი რიგი ხარვეზები, რომლებიც ძირითადად სოციალურ-ეკონომიკური პრობლემების გაჩენას უკავშირდება. საქმე იმაშია, რომ დიდი მცურავი სადგურები ქმნის საფრთხეს და ხელს უშლის ნავიგაციასა და თევზაობას - მცურავი ტალღის ელექტროსადგურს შეუძლია უბრალოდ აიძულოს ადამიანი სათევზაო ზონებიდან. ასევე შესაძლებელია გარემოსდაცვითი შედეგები. დანადგარების გამოყენება მნიშვნელოვნად აქრობს ზღვის ტალღებს, ამცირებს მათ და ხელს უშლის მათ ნაპირზე გატეხვას. იმავდროულად, ტალღები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ოკეანეში გაზის გაცვლის პროცესში, ასუფთავებენ მის ზედაპირს. ამ ყველაფერმა შეიძლება გამოიწვიოს ეკოლოგიური ბალანსის ცვლილება.

ტალღური ელექტროსადგურების დადებითი ასპექტები

მინუსებთან ერთად, ტალღის ელექტროსადგურს ასევე აქვს მთელი რიგი უპირატესობები, რომლებიც დადებითად აისახება ადამიანის საქმიანობაზე:

• ინსტალაციები, იმის გამო, რომ ისინი აქრობენ ტალღის ენერგიას, შეუძლიათ დაიცვას სანაპირო სტრუქტურები (პირები, პორტები) ოკეანის ძალის მიერ განადგურებისაგან;
• ელექტროენერგია იწარმოება მინიმალური ხარჯებით;
• მაღალი ტალღის სიმძლავრე ქარის მეურნეობებს ეკონომიკურად უფრო მომგებიანს ხდის, ვიდრე ქარის ან მზის ელექტროსადგურები.

ენერგეტიკული მარაგი ასევე ფლობს მიწის წყლებს, ძირითადად მდინარეებს. სადგურების მშენებლობა ხიდებზე, გადასასვლელებზე, ბურჯებზე არის ელექტროენერგიის გამომუშავების ამ სფეროს განვითარების პერსპექტივა..

პრობლემები მოსაგვარებელი

მთავარი ამოცანა, რომლის წინაშეც ახლა დგას სამეცნიერო საზოგადოება არის დიზაინის გაუმჯობესება, რაც შეამცირებს ტალღის ელექტროსადგურების მიერ გამომუშავებულ ელექტროენერგიის ღირებულებას. მუშაობის პრინციპი იგივე უნდა დარჩეს, მაგრამ ინსტალაციების შესაქმნელად გამოყენებული იქნება ახალი ტექნოლოგიები და მასალები.

ტალღის საშუალო სიმძლავრეა 75-85 კვტ/მ - ეს არის დიაპაზონი, რომელზეც სადგურების უმეტესობაა მორგებული. თუმცა, შტორმის დროს ზღვის ტალღების სიძლიერე რამდენჯერმე იზრდება და არსებობს დანადგარების განადგურების საშიშროება. უკვე ერთზე მეტი დანა იყო დაჭყლეტილი ან მოხრილი ქარიშხლის შემდეგ. ამ პრობლემის გადასაჭრელად მეცნიერები ხელოვნურად ამცირებენ ტალღების სპეციფიკურ ძალას. ერთ-ერთი პრობლემა ის არის, რომ ტალღის სადგურების მასიური გამოყენება გამოიწვევს კლიმატის ცვლილებას. ელექტრული ენერგიის გამომუშავება ხდება დედამიწის ბრუნვის გამო (ასე წარმოიქმნება ტალღები). სადგურების ფართო გამოყენება გამოიწვევს პლანეტის უფრო ნელ ბრუნვას. ადამიანი ვერ იგრძნობს განსხვავებას, მაგრამ ეს გაანადგურებს მთელ რიგ დენებს, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ დედამიწის სითბოს გაცვლაში.

მსოფლიოში პირველი ექსპერიმენტული WPP

პირველი ტალღის ელექტროსადგური გამოჩნდა 1985 წელს ნორვეგიაში. მისი სიმძლავრე იყო 500 კვტ და თავად ისიყო პროტოტიპი. მისი მუშაობის პრინციპი ემყარება საშუალების ციკლურ შეკუმშვას და გაფართოებას:

• ცილინდრი ღია ფსკერით ჩაეფლო წყალში ისე, რომ მისი კიდე იყოს ტალღის ღრუს ქვემოთ - მისი ყველაზე დაბალი წერტილი;
• პერიოდულად გამდინარე წყალი აკუმშავს ჰაერს შიდა ღრუში;
• როდესაც გარკვეულ წნევას მიაღწევს, იხსნება სარქველი, რომელიც საშუალებას აძლევს შეკუმშულ ჟანგბადს გადავიდეს ტურბინაში.

ეს ელექტროსადგური აწარმოებდა 500 კვტ ენერგიას, რაც საკმარისი იყო დანადგარების ეფექტურობის დასადასტურებლად, რამაც ხელი შეუწყო მათ განვითარებას.

მსოფლიოში პირველი სამრეწველო ელექტროსადგური

მსოფლიოში პირველი ინდუსტრიული მასშტაბის ინსტალაცია არის Oceanlinx ოფშორული პორტ კემბლი, ავსტრალია. ის ექსპლუატაციაში 2005 წელს შევიდა, მაგრამ შემდეგ გაიგზავნა რეკონსტრუქციაზე და 2009 წელს კვლავ დაიწყო მუშაობა, რის გამოც რეგიონში ამჟამად გამოიყენება როგორც მოქცევის, ისე ტალღის ელექტროსადგურები. მისი მუშაობის პრინციპი ასეთია:

1. ტალღები პერიოდულად ეშვება სპეციალურ კამერებში, რაც იწვევს ჰაერის შეკუმშვას.
2. როდესაც კრიტიკულ წნევას მიაღწევს, შეკუმშული ჰაერი ბრუნავს ელექტრო გენერატორს არხების ქსელის მეშვეობით.
3. ტალღების მოძრაობისა და ძალის დასაფიქსირებლად, ტურბინის პირები ცვლის დახრილობის კუთხეს.

ინსტალაციის სიმძლავრე იყო დაახლოებით 450 კვტ, თუმცა სადგურის თითოეულ მონაკვეთს შეუძლია 100 კვტ/სთ-დან 1,5 მგვტ/სთ-მდე ელექტროენერგიის მიწოდება.

მსოფლიოში პირველი კომერციული ქარის ელექტროსადგური

პირველი კომერციული ტალღის ელექტროსადგურიდანიშვნა დაიმსახურა 2008 წელს აგუსადორში, პორტუგალია. უფრო მეტიც, ეს არის მსოფლიოში პირველი ინსტალაცია, რომელიც უშუალოდ იყენებს ტალღის მექანიკურ ენერგიას. პროექტი მოამზადა ინგლისურმა კომპანიამ Pelamis Wave Power.

სტრუქტურა მოიცავს რამდენიმე განყოფილებას, რომლებიც იხსნება და იზრდება ტალღის პროფილთან ერთად. სექციები მიმაგრებულია ჰიდრავლიკურ სისტემაზე და ააქტიურებს მას მოძრაობის დროს. ჰიდრავლიკური მექანიზმი იწვევს გენერატორის როტორის ბრუნვას, რის გამოც წარმოიქმნება ელექტროენერგია. პორტუგალიაში გამოყენებულ ტალღურ ელექტროსადგურებს აქვთ პლიუსები და მინუსები. ინსტალაციის უპირატესობა მისი მაღალი სიმძლავრეა - დაახლოებით 2,25 მეგავატი, ასევე დამატებითი განყოფილებების დაყენების შესაძლებლობა. სისტემის დამონტაჟებას აქვს მხოლოდ ერთი ნაკლი - არის სირთულეები ელექტროენერგიის სადენებით მომხმარებელზე გადაცემასთან დაკავშირებით.

პირველი ტალღის ელექტროსადგური რუსეთში

რუსეთში პირველი ქარის ელექტროსადგური 2014 წელს გამოჩნდა პრიმორსკის ტერიტორიაზე. განვითარება განხორციელდა ურალის ფედერალური უნივერსიტეტისა და რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის შორეული აღმოსავლეთის ფილიალის წყნარი ოკეანის ინსტიტუტის მეცნიერთა ჯგუფმა. ინსტალაცია ექსპერიმენტულია. მისი თავისებურება ის არის, რომ იყენებს არა მხოლოდ ტალღების, არამედ მოქცევის ენერგიასაც.

მოსკოვში იგეგმება კვლევითი ლაბორატორიის აშენება, რომელიც შეიმუშავებს და შექმნის პირველ შიდა მცურავ სადგურს. შესაძლოა, ამის შემდეგ რუსეთში ტალღის ელექტროსადგურებს სამრეწველო ან კომერციული დანიშნულებაც ექნებათ.